高鐵地面設備接口聯鎖圖表設計探討

張國強

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 聯鎖及聯鎖圖表

1.1 聯鎖定義

聯鎖是指道岔、信號、進路遵循一定程序，在符合規定的技術條件后，才能動作或建立相互關系的技術。起到保障行車安全，提高工作效率的作用。

1）狹義的聯鎖：指車站聯鎖范圍內進路、信號、道岔之間的相互制約關系。如單站的電氣集中聯鎖、計算機聯鎖。

2）廣義的聯鎖：各種信號設備（子系統）間的相互制約關系，高鐵時代的計算機聯鎖（CBI）、列控中心（TCC）、無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務器（TSRS）、調度集中（CTC）等設備（子系統）間也存在相互制約關系，存在聯鎖。

1.2 狹義聯鎖設備聯鎖圖表現狀及作用

聯鎖圖表是鐵路車站信號設備聯鎖關系的說明圖表，以進路為主題，描述辦理一條進路需進行的操作，進路中的各元素（道岔、軌道區段、信號機）的制約關系，外部接口的檢查，最終給出代表進路安全的信息始端信號機顯示，將站內行車進路匯總在一起的設計文件稱之為聯鎖表（或進路表）?！惰F路信號聯鎖圖表編制原則》（TB/T 1123-92），《計算機聯鎖車站聯鎖圖表編制原則》（Q/CR 654-2018）是狹義聯鎖設計綱領性文件，是聯鎖設計與驗收的依據?！队嬎銠C聯鎖車站聯鎖圖表編制原則》是針對計算機聯鎖而制定的專門標準。由于計算機聯鎖用軟件邏輯實現聯鎖關系，工程設計者不參與軟件編制，所以要求設計者在設計文件中全面準確的給出本項目的全部聯鎖關系要求，強調聯鎖圖表是聯鎖關系的唯一標準，是產品制造、驗收、測試的依據。該標準第一次增加CTCS等級欄記載列車進路對應的列控等級。

1.3 廣義聯鎖設備聯鎖圖表現狀及作用

《高鐵信號地面設備接口數據信息表編制規定》（工電函[2017]7號）（簡稱7號文）針對高鐵CTC、TSRS、RBC、TCC、CBI設備間的聯系，以兩個設備間的聯系給出接口數據信息表編制規定，以EXCEL電子表格文件的形式來表示，描述設備間廣義的聯鎖，但存在以下缺點。

1）共規定55個EXCEL表格，數量龐大。

2）反映設備間接口的邏輯關系和數據交換內容沒有分開，分散在不同的表格中，每次使用需要在不同的表格中尋找再組合，使用不便。

3）僅對產品制造進行要求，不適用于工程驗收、測試。

列控設備的聯鎖關系分散在列控工程數據表等文件中，目前沒有一個行業標準規定聯鎖關系如何在設計文件中體現，僅在CBI設備的聯鎖圖表中有CTCS等級的提示欄，需要一個類似CBI聯鎖圖表的文件指導產品制造、驗收、測試。

2 接口的分類及數學模型

一個復雜的信號系統通常由CBI、TCC、RBC、TSRS、CTC、集中監測（CSM）等主體設備中的一（或幾）種設備組成。設備間的接口多種多樣，根據接口的功能可分為邏輯接口和數據交換接口，CBI、TCC、RBC設備間的接口以邏輯關系為主，相互間有很強的制約關系，定義為邏輯類接口。CTC、TSRS、RBC、TCC設備間的接口以數據流向為主，定義其為數據類接口。

下面將以CBI、TCC、RBC設備接口為例分析設備輸入、輸出各元素間的關系，找出數學表達式，最終給出邏輯類接口聯鎖關系的圖表；以CTC、TSRS、RBC、TCC設備間的接口為例給出數據類接口聯鎖關系的圖表。

2.1 子系統中參與聯鎖元素的分析

2.1.1 CBI子系統

CBI聯鎖表是以進路為主體來描述進路中各元素間的制約、互聯、唯一關系。元素分為進路類元素、實體元素、接口類元素、CBI專有元素，元素間的制約構建CBI的聯鎖關系。

進路類元素：進路方向（JLFX）、進路性質（JLXZ）、進路始端（JLSD）、進路終端（JLZD）、始端信號機顯示（SDXHJ）；實體類元素：進路經由的道岔（DC）、軌道區段（GDQD）、敵對信號機（DDXHJ）；接口元素：場聯，進入其他系統的同意（T）、制動距離，閉塞條件的檢查（BS）；專有元素：人工解鎖（RGJS）、迎面進路（YMJL）等。

CBI聯鎖表的每條進路元素是可數的，要求是確定的，唯一的，它具有集合的屬性，數學表達式如下。

CBI進路={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL}

參數的不同取值，可以得到不同進路，不同的進路組成聯鎖圖表。

CBI子系統的函數關系式如下。

CBI聯鎖圖表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL）

f所體現的函數關系由CBI設備完成，各元素的定義域由工程設計中給出。

2.1.2 TCC子系統

TCC的輸入是CBI提供的進路信息，JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，TCC關注的信號機燈絲（DJ），限速信號機（XSXHJ），調車應答器（DCYDQ）等專有元素，輸出軌道區段編碼，有源應答器報文。每條報文、軌道區段編碼用一個集合表示，數學表達式如下。

軌道區段編碼={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

有源應答器報文={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

TCC子系統的輸出（軌道區段編碼，有源應答器報文）函數關系式如下。

TCC輸出=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ）

f所體現的函數關系由TCC設備完成。

2.1.3 RBC子系統

RBC（以下均以RBC-TH為例）子系統的輸入CBI提供的JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，輸出移動授權。每條移動授權可用一個集合表示，數學表達式及函數關系式如下。

移動授權={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

移動授權圖表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC）

f 所體現的函數關系由 RBC 設備完成。

2.2 安全子系統間接口集合的數學模型圖

從CBI、TCC、RBC等函數知道，進路信息、道岔、軌道區段元素是各子系統共有元素。下面以CBI、TCC、RBC間接口討論子系統間接口集合的數學模型圖。

2.2.1 CBI、TCC子系統間交換的數學模型圖

根據前述CBI、TCC表達式表示的集合用韋恩圖表示，如圖1所示，兩個集合有交叉，其圖形如陰影部分。根據圖1定義CBI∩TCC交集為CBI-TCC的接口聯鎖集合，經分析CBI-TCC接口聯鎖集合的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，根據集合的性質這些元素是唯一的和確定的，其集合可表示為：

圖1 CBI、TCC接口交集數學模型圖Fig.1 CBI and TCC model

CBI-TCC接口聯鎖集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}

CBI-TCC接口聯鎖關系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC設備共同實現。

2.2.2 CBI、RBC子系統間接口集合的數學模型圖

根據前述CBI、RBC表達式表示的集合用韋恩圖表示，如圖2所示，發現兩個集合有交叉，其圖形如陰影部分。根據圖2定義CBI∩RBC交集為CBI-RBC接口聯鎖集合，經分析CBI-RBC接口聯鎖集合的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，根據集合的性質這些元素是唯一的和確定的，其集合可表示為：

圖2 CBI、RBC接口交集數學模型圖Fig.2 CBI and RBC model

CBI-RBC接口聯鎖集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

接口的聯鎖關系可用函數表示。

CBI-RBC接口聯鎖關系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f體現的函數關系由CBI、RBC設備共同實現。

2.2.3 CBI、TCC、RBC子系統間接口集合的數學模型圖

從以上兩例分析可知，CBI、TCC、RBC三設備接口聯鎖，其集合元素高度一致，專有元素較少，進路信息、道岔、軌道區段元素是各子系統共有元素，是三個集合的交集，模型如圖3所示。根據圖3定義CBI∩TCC∩RBC交集為安全子系統接口集合（簡稱ZXTJK），經分析ZXTJK的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，其集合可表示為：ZXTJK={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}。

圖3 CBI、TCC、RBC接口交集數學模型圖Fig.3 CBI, TCC and RBC model

ZXTJK聯鎖關系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC、RBC設備共同實現，該函數的值記載了3個設備間的聯鎖關系。

分析3種交集公共元素多數均來自CBI子系統，且來自CBI的元素占多數，且元素間、設備間的接口存在邏輯關系，所以可借用CBI的聯鎖圖表方式來表達安全子系統間的聯鎖關系。

3 設備間接口聯鎖圖表格式

通過對邏輯類接口模型的分析，確定采用聯鎖圖表的方式來描述設備接口的關系；數據類接口以描述設備的數據流向、順序等為主，但也含有部分邏輯，采用類似聯鎖圖表方式描述設備接口的關系。

3.1 邏輯類接口(CBI-TCC-RBC子系統間)聯鎖圖表

邏輯類接口聯鎖圖表以CBI、TCC、RBC為接口單元，各單元列出影響接口的元素。CBI設進路、信號、制約欄，TCC設專有元素欄、CBI-TCC制約欄、應答器欄，RBC取RBC與CBI相關內容列入，構成邏輯類接口聯鎖圖表，如表1所示。

表1 邏輯類接口聯鎖圖表Tab.1 Interlocking chart and table in the logical interface

3.2 數據類接口（CTC-TSRS-RBC-TCC子系統）聯鎖圖表

CTC、TSRS、RBC、TCC設備間的接口以數據流向方式表現出來，以閉塞分區為主線，以設備為單元，數據類接口聯鎖圖表設單設備單元、設備間接口單元，每個單元選取代表數據交換特征的元素，將數據的起點、終點，發送、接收順序，設備接口的物理分界點等內容清楚的記載在該圖表中，如表2所示。

4 接口聯鎖圖表的編制及應用

把7號文的接口數據用大數據方法分類、整理，將描述接口間邏輯關系的17個表格文件的數據歸入邏輯類接口聯鎖圖表；將描述接口間數據流向、順序、內容的23個表格文件的數據歸入數據類接口聯鎖圖表中。具體工程根據站內、區間信號平面圖、7號文的規則等即可完成接口聯鎖圖表的設計，得到廣義的聯鎖圖表。

表2 數據類接口聯鎖圖表Tab.2 Interlocking chart and table in the data communication interface

邏輯類接口聯鎖圖表，把CBI、TCC、RBC間復雜的接口關系用道岔、軌道區段、TCC限速、區間信號機燈絲、始端信號機降級等元素表示出來。一張圖表表達CBI、TCC、RBC間的制約關系，CBI、TCC間的閉環控制，設備接口的制約關系清晰、易讀、易用。已包含TCC的聯鎖接口表、進路表的內容合入接口聯鎖圖表，是適應聯鎖列控一體化設備的聯鎖圖表。

數據類聯鎖圖表表示不同類設備CTC-TSRSRBC-TCC的接口位置、數據交換順序、內容與閉塞分區的關系；同類設備TSRS-TSRS、RBCRBC、TCC-TCC的接口位置、對區間開通方向、改方、線路邊界等內容。

現階段高鐵地面設備接口只有針對設備生產廠家的7號文，工程實施的測試、驗收尚無專門的文件，停留在參考執行階段。專門針對設備接口的聯鎖圖表使設備接口的測試、驗收更高效、更準確，可以作為設備間接口聯鎖關系驗收的依據，作為產品接口制作、測試、驗收的統一平臺。